北斗导航定位系统在航海保障中的应用

王剑 吴志宾

摘 要：北斗卫星系统从 2020 年开始面向全球开放导航服务，其作为我国自主研发并独立完成的导航系统，不管是定位速度还是精度都能达到很高的水平，北斗导航系统在各行各业的应用也越来越广泛文章对北斗导航系统在航海保障行业中的相关应用及未来发展前景展开了论述。

关键词：北斗定位系统;航海领域;应用;发展前景

中图法分类号：U666文献标识码：A

北斗卫星导航系统于２０１８ 年底完成组网工作，定位服务范围从国内拓展到了中亚各国。现阶段，北斗卫星导航系统在运行精度逐步提升的过程中，为我国航海事业提供了越来越优质的服务。同时，大数据时代的到来让北斗系统在多领域的应用朝着细化、精致的方向发展。下文就北斗卫星系统应用于航海保障的背景、具体领域和发展前景等展开分析，从安全保障和全方位应用角度来分析其在航海行业的应用。

１ 北斗卫星导航系统在航海保障中应用的背景

北斗衛星导航系统（ＢＤＳ）是中国自行开发研制、自主运行的全球卫星导航系统。为了进一步测试我国沿海区域的ＲＢＮ?ＤＧＰＳ 基站，我国早在２０１５ 年就开展了北斗查分信息播发实验，重点就是通过无线电指向标在同一时间播发ＧＰＳ 和ＢＤＳ 的查分信息［１］ 。工作人员在长达１ 年的实验测试过程中无数次地进行着范围内外的精度与效率测量，同时对多个系统使用设计的相关数据展开了横向对比，这一实验为实践构建和有效应用北斗卫星系统提供了有价值的信息。ＢＤＳ 在整个国际卫星导航系统中都占据着重要的地位，在多个领域有着广泛的应用，其中就包括航海保障领域，其让海上航行的安全性、便利性和效率实现了很大程度的提升。随着ＢＤＳ 与航海保障具体业务的深入融合，该系统在国际海事航保领域的标准逐步形成，进而促使其在航海保障领域被广泛应用。进一步强化ＢＤＳ 的海上应用是顺应海事航保事业发展和优化海上定位导航服务安全机制的必然选择。

２ 北斗卫星导航系统与航保行业相融合的可行条件

２．１ ＢＤＳ 的技术优势

ＢＤＳ 主要具有以下３ 大优势：一是拥有强大的系统功能，包括高效精确导航定位与短文通信功能，能提供定位导航、全球范围内的报文通信以及国际搜救等服务；二是系统拥有先进的指标与性能，其测速精度、定位精度、授时精度在全球范围内都属于领先水平；三是系统研发完全自主，拥有绝对的可靠性、安全性和保密性。北斗三号工程于２０２０ 年建成，也在这一年开通了全球服务，系统整体运行性能稳定，全球范围内的区域定位精度在１０ ｍ 内，亚太地区表现的性能更优［２］ 。进一步升级拓展了的北斗三号组网卫星，实现了系统耗电功率的优化和短报文服务容量１０倍量的提升，能够完成大量语音、文字和图像信息的传输。

２．２ ＢＤＳ 获得国际认可

ＢＤＳ 是世界范围内第３ 个获得联合国认可的海上卫星导航系统，已被纳入国际船载多元无线电导航体系中，也并入了国际搜救卫星系统。ＢＤＳ 对航海保障事业现代化、信息化发展有着不可替代的作用，是实现中国航海保障事业走进国际相关领域前列的关键技术，同时是开展国际履约研究的重要抓手。

３ 北斗卫星导航系统在我国航海保障系统管理中的应用

３．１ 利用ＢＤＳ 开展精确定位与精密授时

（１）精密定位。ＢＤＳ 采用的导航属于主动式，定位申请需自主发送到信号接收中心，接收到信号的陆地中心即刻把船舶与两颗卫星之间的距离测算出来，将所得数据直接发送到卫星，最终船舶接收到定位反馈。船舶定位精度可控制在１０ ｍ 内，与ＧＰＳ 不相上下。ＢＤＳ 能在服务区域内为船舶提供实时性、全天候、高精度的定位服务。船载北斗导航仪能详细记录船舶航海路线，同时具备偏航报警和碰壁预警功能，尤其是航行于地理或天气条件复杂的冰区和雾区时可更好地凸显ＢＤＳ 精准定位的优势［３］ 。（２）精密授时。ＢＤＳ 目前的时间基准参考的是国家授时中心的铯原子钟，就单向定时服务而言，该系统的客户端数量不设限，能够满足远洋船舶终端的需求。ＢＤＳ 既有单向授时功能也有双向授时功能，可以按照不同的精度要求将最新的授时信息定时传输给船舶终端，进而矫正船舶和ＢＤＳ 之间的时间误差，授时精度可高达２０～１００ ｎｓ。

３．２ ＢＤＳ 在航保事业航标系统中的具体应用

目前，航标系统的数据传输信号源主要来自ＧＰＳ，尽管ＢＤＳ 的定位应用在持续推进中，但依然存在诸多不足，特别是芯片精度。若信号源接收和传输仅依靠ＧＰＳ，则我国航海保障事业发展就不可避免地将受到一些限制，主要是离不开国外技术的支持，在缺乏独立性、自主性的情况下一旦遇到国际摩擦就会陷入被动位置。若要避免这种情况出现，则要拥有并应用自主定位系统，这就是ＢＤＳ 的价值所在［４］ 。在航标上装置信号模块终端来实现实时跟踪、记录并报送航标定位信息，结合ＢＤＳ 的短报文功能能够有效传达航标的各类物理特性。相比之下，这种功能在实践应用中是ＧＰＳ 不能比拟的。另外，ＢＤＳ 在船舶流量大的水域可完成海量数据的整合与应用。

３．３ 利用ＢＤＳ 对航海船舶展开实时性动态监控

航运公司通过合理使用ＢＤＳ，同时联合ＥＣＤＩＤ 系统和ＡＩＳ 开展动态化的实时性船舶监控。在ＡＩＳ 系统覆盖区域内，船舶航行中发出的船载ＡＩＳ 信息可直接传输到航运公司，进而对船舶状态进行监控，即便船舶离开了ＡＩＳ 系统覆盖区域，航运公司依然可借助船载ＢＤＳ 精准定位船舶地理位置，从而对其进行监控。航运公司全面深度解析ＡＩＳ 与船载北斗导航仪传输回来的数据，整理分析记录后将其共享至ＥＣＤＩＳ设备，可以在该设备中呈现船舶地理位置信息。航运公司通过使用ＥＣＤＩＳ 系统的叠加功能，就能实时性地查询到目标船的动态信息，同时在电子海图上还会以叠加的形式显示目标船及其周边船舶的信息。基于ＢＤＳ 的这项功能，航运公司可更高效地监管目标船舶，促使航运公司安全航行水平提升。

３．４ 利用ＢＤＳ 优化航海船舶清洁运行水平

充分发挥ＢＤＳ 的双向通信功能就能实现船舶能耗监管系统的研发与应用，综合分析能耗数据并精确计算出船舶能耗，通过设计船舶能耗监管系统，应用软件功能制定船舶节能运行方案，可以达到船舶清洁运行的目标。尤其是位于我国沿海航线和内河航线的船舶，可以通过有机结合ＢＤＳ、实时性数据收集与能耗监管，用清洁能源替代污染水平高、耗能大的柴油，如液化天然气燃料。借助ＢＤＳ 建立远程化双燃料船舶监控系统，动态化监测天然气余量及泄漏情况，以及搜寻附近沿岸的燃气补给站，可以对船舶主机运行情况、能耗水平和为尾气排放展开全方位的监控。

４ 北斗卫星导航系统的应用前景分析

４．１ ＢＤＳ 的国际标准化发展进程与推广

考虑到航海活动的国际化特征，大力推广ＢＤＳ 并强化其在国际海事领域中的应用有着重要的现实意义。若要获得国家海事领域的认可，前提条件则是在海事领域开展国际标准化工作，这也是实现ＢＤＳ 在全球航海领域普及应用的必经之路，近几年，中国海事局在这项工作中取得了突破性的进展。海上安全委员会（ＭＳＣ）于２０１４ 年批准了船载北斗系统在国际海事中的应用，认可了该系统设备的性能与标准，这标志着ＢＤＳ 正式被纳入国际海事卫星导航系统［５］ 。２０１７ 年，在ＩＭＯ ＮＣＳＲ４ 会议上通过了多系统船载无线电导航设备的国际标准，至此北斗系统被正式写入了海事导航应用与授时原则，这表示ＢＤＳ 在国际海事领域中的应用进一步深入。２０１８ 年，国际搜救卫星组织第５９ 届理事会在国际轨道搜救卫星系统发展规划中加入了ＢＤＳ，这标志着ＢＤＳ 在国际领域中的应用得到了拓展，其在国际海事领域中占据着越来越重要的位置。为了深入推动ＢＤＳ 船载终端应用普及化，中国可大力推广航行搭载ＢＤＳ 导航仪，同时联合ＩＭＯ 平台延伸国际化应用，提升北斗系统在国际航行船舶中的加装率，完善兼容ＢＤＳ 在内的多模式卫星导航功能，大幅提升通信效率、定位精度以及系统运行稳定性，为航海事业提供有力的安全保障。

４．２ ＢＤＳ 在船舶救援中的应用

相比之下，ＡＩＳ 船载通信作用距离偏短，无法为远海中的事故船只提供有效的帮助，另外ＡＩＳ 不具备整合多项资源的功能，在救助行动中所受限制较多。在面对船舶不能以任何形式将求救信息对外发送的情况，船舶可利用ＢＤＳ 的短报文和定位功能，主动往外界发送船舶的动态化位置信息与求救信号，并随时接收来自沿岸基地发出的指令，完成遇险自动求救。

４．３ ＢＤＳ 在应急搜救中的示位功能

在海上救生事件中，ＢＤＳ 可发挥示位落水人员的功能，且该功能属于自动触发功能，可直接将具体的位置信息和求救信号发送出去。基于ＢＤＳ 的救生示位標便于固定在救生衣或者求救者的衣服上，起到实时精准定位的作用，能够有效缩短搜救时间，让遇险者能够快速获救，这种方式巧妙地避开了传统海上救援方案的弊端。ＢＤＳ 短报文通信是其独有的功能，让ＢＤＳ 在海上救生中的应用更具优势。

４．４ 基于ＢＤＳ 的无人机开放与应用

北斗高精度无人机技术的实现充分体现了ＢＤＳ的功能优势，其有效利用了北斗智能化操控平台、高精度定位、高精度传感器、自动化操作和专业控制数据加密等功能，这是一项具有高分辨率、高效率和低成本优点的先进技术。无人机技术可大幅提升通航水域的航海效率与安全保障水平，通过该技术获取的现场信息最大的２ 个特点就是时效性和现势性，可最大程度地避免人为因素的干扰，提供高精度的定量、定性和定位信息，并逐步发展成短距离通航管理的有效手段，提升船舶监控水平，在调研航标设施需求、夜间巡视、日间巡检和拉锯测试中起到事半功倍的应用效果，同时还能将详细的现场环境数据提供给应急中心处理，联合通信功能远程处理一般性故障，让基层工作人员的劳动压力大幅减轻。

５ 结束语

不管在军事应用还是社会民事领域，ＢＤＳ 的应用目的都是为出海人员提供安全保障，保证我国领海安全。ＢＤＳ 属于我国独立研发并自主运行的导航系统，在逐步完善ＢＤＳ 多项功能的过程中，其将指引我们更好地探索自然，为我们的生活生产提供更好的定位服务和安全保障。

参考文献：

［１］ 杜文翔．北斗导航及ＧＰＳ 技术在航海定位中的应用［Ｊ］．中国水运（上半月），２０２１（１１）：１０５?１０７．

［２］ 程建华，刘佳鑫，赵琳．极区航海导航与定位保障技术发展综述［Ｊ］．中国舰船研究，２０２１，１６（５）：１６?２９．

［３］ 郑祥鑫，陈得新．北斗卫星导航系统在现代航海保障中的应用探讨［Ｊ］．珠江水运，２０２０（２３）：１０５?１０６．

［４］ 张敬淳．基于北斗卫星的航海导航系统定位目标精准识别方法［Ｊ］．舰船科学技术，２０１９（１２）：１０３?１０５．

［５］ 王勇．影响ＧＰＳ 航海导航精度的几个关键技术分析［Ｊ］．信息记录材料，２０２０，２１（１１）：１７７?１７９．

作者简介：

王剑（１９７０—），本科，工程师，研究方向：船舶通信导航设备技术研发。

吴志宾（１９８４—），本科，工程师，研究方向：船舶通信导航设备应用和开发。